建筑隔震橡胶柔性管道抗震性能试验研究

橡胶柔性管道在隔震建筑中逐渐得到应用，其震后能否正常工作会直接影响建筑的使用功能。该文选取竖向安装的橡胶柔性管道作为研究对象，变形位移需求为400 mm，考虑2种公称内径和4种管道设计长度影响，进行了抗震性能试验，对比分析了该类管道的地震损伤演化模式、变形和承载能力特征。试验结果表明:设计长度较小的管道均无法满足预期变形目标，经历管道绷直以及单侧断裂破坏两个关键状态，震后必须更换；对于设计长度符合规范建议的管道，则可以满足变形需求；回归分析获得了管道公称内径和设计长度与其水平变形能力之间的量化关系；管道设计长度相同时，管道公称内径与其破坏时的水平极限荷载呈正相关关系，但大公称内径和小公称内径管道的极限水平荷载之比小于公称内径比。     

隔震建筑橡胶柔性管道易损性模型研发及应用

隔震技术是实现建筑地震韧性的有效手段,隔震层中存在大变形需求的柔性管道功能重要,但现阶段缺乏该类管道的地震易损性模型和损失后果函数,因而隔震结构的韧性评价体系还有待进一步完善。针对这一问题,以橡胶柔性管道为对象,基于前期开展的管道试验,明确了该类管道的2个关键损伤状态,建立了公称内径50 mm和100 mm的柔性管道的地震易损性模型。综合考虑各种成本,提出了修复费用后果函数,根据24个试件拆卸和安装时间数据确定了修复时间后果函数,从而建立了上述管道的损失后果函数。在此基础上,以一5层RC框架隔震结构为例,考虑公称内径和设计长度影响,设定了6种管道方案,评价了结构在设防地震与罕遇地震作用下的韧性水准。结果表明:在设防地震与罕遇地震作用下柔性管道修复费用占比最高可达88.5%和29.4%,但其修复工时对建筑修复时间的影响基本可以忽略;设防地震下加大设计长度可使管道修复费用得到有效控制,但罕遇地震下由于变形大,当管道长度小于相关规范建议值时增大管道长度也无法有效避免管道破坏,反而会导致管道修复费用增大。该研究的相关成果可为隔震建筑地震韧性设计和评价提供重要参考。     

不同剪切变形下橡胶隔震支座竖向压缩刚度试验研究

针对橡胶隔震支座,研究了其在不同水平剪切变形状态下的竖向压缩刚度理论计算方法,基于双弹簧模型,提出了改进的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度理论计算公式。采用建筑结构中常用的第二形状系数S 2=5系列(G4)天然橡胶支座及铅芯橡胶支座,进行了不同压应力及不同剪切变形下的压缩性能试验,通过试验研究不同水平剪切变形状态下的橡胶隔震支座竖向压缩刚度。研究结果表明:橡胶隔震支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小,随设计压应力增大而增大;在设计压应力相同的条件下,橡胶隔震支座竖向压缩刚度随压应力变化范围的增大而减小;基于橡胶隔震支座有效承载面积的公式虽能反映支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小这一趋势,但与试验结果相比误差较大;既有的基于双弹簧模型的竖向压缩刚度计算公式计算精度优于基于有效承载面积的竖向压缩刚度计算公式,但在150%以上剪应变时,也存在误差较大的问题;提出的改进的基于双弹簧模型的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度计算公式与试验结果吻合较好,与既有基于有效承载面积计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度和基于双弹簧模型的计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度的公式相比较,具有较高的计算精确度。     

近场地震竖向分量对LRB基础隔震结构地震响应影响分析EI北大核心CSCD

该文主要对比分析了近场区竖向地震动对LRB基础结构动力响应的影响。首先,在ABAQUS有限元软件中建立了较为精确的有限元模型:上部结构采用纤维模型以考虑隔震结构在近场地震作用下可能出现的塑性变形,隔震层采用能反映隔震支座水平和竖向力学性能相互耦联的"Ryan-Kelly"力学模型;同时,综合考虑隔震支座的剪切破坏和拉压破坏以确定支座的破坏界限;在此基础上,分别进行隔震结构在水平地震单独作用和水平竖向地震联合作用下的动力分析,对比分析结果可知:近场区竖向地震动对于隔震支座的破坏模式影响较大,在较大的竖向分量作用下,隔震支座可能会在剪切破坏之前先发生拉压破坏;对于上部结构的动力响应,竖向地震动的影响具有随机性,但同样不可忽略,在某些工况下,考虑竖向地震作用会较大幅度地降低其水平动力响应。     

近场地震竖向分量对LRB基础隔震结构地震响应影响分析

该文主要对比分析了近场区竖向地震动对LRB基础结构动力响应的影响。首先,在ABAQUS有限元软件中建立了较为精确的有限元模型:上部结构采用纤维模型以考虑隔震结构在近场地震作用下可能出现的塑性变形,隔震层采用能反映隔震支座水平和竖向力学性能相互耦联的"Ryan-Kelly"力学模型;同时,综合考虑隔震支座的剪切破坏和拉压破坏以确定支座的破坏界限;在此基础上,分别进行隔震结构在水平地震单独作用和水平竖向地震联合作用下的动力分析,对比分析结果可知:近场区竖向地震动对于隔震支座的破坏模式影响较大,在较大的竖向分量作用下,隔震支座可能会在剪切破坏之前先发生拉压破坏;对于上部结构的动力响应,竖向地震动的影响具有随机性,但同样不可忽略,在某些工况下,考虑竖向地震作用会较大幅度地降低其水平动力响应。     

村镇建筑抗震节能结构体系研究与应用

我国村镇建筑多数为农民自建,抗震能力较差,节能技术落后,历次地震村镇建筑破坏严重,亟待研发低成本村镇建筑抗震节能结构体系。分析了传统村镇建筑生土墙体承重结构、土木混合承重结构、木结构、石结构、砖砌体结构特点,以及抗震建筑节能技术现状。介绍了课题组近年研发的多种低成本村镇建筑抗震与隔震结构,包括带竖向构造钢筋再生混凝土砖结构、带构造柱保温承重混凝土砌块结构、玻璃丝布-石墨隔震砌体结构、玻璃珠砂浆隔震砌体结构和异形柱边框保温模块单排配筋剪力墙结构及其工程应用情况。研究表明:该文提出并研发的村镇建筑低成本抗震与隔震结构,施工简便,经济适用,抗震节能效果好。结合村镇建筑产业化技术研发、生态环保建材应用和绿色施工需求,指出了村镇建筑抗震节能结构体系发展的关键问题。     

多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析EI北大核心CSCD

铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座(lead rubber bearing,LRB)隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。     

多级性态隔震体系试验研究和结构动力响应分析

铅芯橡胶支座力学性能受竖向压应力和水平剪应变影响较大,且在极罕遇地震下传统隔震结构易发生位移过大而引发隔震沟碰撞风险。该文提出一种新型高性能多级性态隔震支座,可在单个支座中兼顾竖向高承载特性和稳定的水平滞回特性,所提出支座具有与结构多水准抗震性能相匹配的多级刚度特性。制作多级性态原型支座并进行力学性能试验,得到多级性态支座不同工况下的水平滞回性能,基于试验结果提出了多级性态支座的力学滞回模型。对某高层框架剪力墙结构进行多级性态隔震设计并与原设计铅芯橡胶支座（lead rubber bearing,LRB）隔震方案对比分析,结果表明多级性态隔震系统具有理想的水平隔震效果,且可有效控制支座的竖向拉应力,在极罕遇地震下有效控制隔震层水平位移,实现隔震结构具有多级的抗震性能。     

核电厂隔震结构的振动台试验研究

将基础隔震技术应用于核电厂的设计和建造,不仅可以实现上部结构和内部设备、管道的标准化设计,缩短设计和建造周期,提高核电厂建设的经济性,而且可以提高结构的抗震裕度,有效抵抗超过设防烈度的地震动。为此,该文分别采用传统橡胶隔震支座和厚层橡胶隔震支座,制作传统水平基础隔震模型和三维基础隔震模型,结合油阻尼器控制核电厂结构的地震响应。通过振动台试验和数值模拟,对比了隔震模型和非隔震模型在时域和频域的地震响应。研究表明,在水平方向,两种隔震结构的水平加速度相对于非隔震结构均可以降低约50%;在竖直方向,三维隔震结构的楼层反应谱峰值向低频2Hz~3Hz移动,避开了设备和管道的主频率范围10Hz~20Hz,即可以实现设备和管道的竖向隔震。同时,试验和分析均证明对隔震层附加约为15%的水平阻尼比,可以有效降低结构的地震响应,并使水平楼层反应谱峰值减小约50%。     

内嵌VV-SPSW平面钢框架结构抗震性能研究

对3个内嵌竖向连接竖向加劲钢板墙(VV-SPSW)平面钢框架结构进行了缩尺拟静力试验和有限元分析,通过对多项力学性能指标的数据比较,系统研究了这种平面结构的抗震性能和破坏规律。研究表明:该结构体系在水平荷载作用下具备良好的耗能能力、变形能力以及必要的抗震承载力,抗震性能优良;内嵌的VV-SPSW可作为该结构体系的第1道抗震防线,经合理设计的该平面钢框架体系的破坏规律符合多道抗震防线的设计思想以及"强框架,弱墙板"、"强柱弱梁"的抗震概念设计要求,是一种适合于高烈度地震区的新型抗侧力系统。     

高能同步辐射光源(HEPS)氦低温传输系统模拟与计算

使用EcosimPro商业软件和关联式编程两种方法,对HEPS氦低温传输系统进行了模拟和计算,研究了管道内径和管道粗糙度对管道压降的影响。结果表明流动压降随着管道内径的增大而减小,但降低的幅度越来越小,当管道直径从30.8 mm提高至56.8 mm,压降仅降低了约510 Pa;流动压降随粗糙度的增加而增加,但管径越大压降增加越小,当管径为30.8 mm时,选用电抛光管压降下降了954 Pa;管道的漏热量和降温复温时间随管径的增大而提升。通过计算分析最终选择主干来流管道公称直径为DN25,内径为30.8 mm的普通金属管,分支来流管道公称直径为DN10,内径为14.6 mm的普通金属管,主干回流管道公称直径为DN50,内径为56.8 mm的普通金属管,分支回气管道公称直径为DN20,内径为23.8 mm的普通金属管,满足工程需求。     

组合圆筒管的优化设计

用外缠绕玻璃纤维增强复壁钢管来代替油气田内部承高压的高强度钢管,既可节省大量的优质钢材,又能对场内集输管道起到良好的外防腐效果。本文着重研究由玻璃钢/钢组合而成的厚壁圆筒管在管内高压作用下的优化设计问题。首先利用组合管的边界条件,由弹性理论导出了平面应变状态下组合管壁内三个主应力的计算公式;然后建立了以组合管总壁厚、玻璃钢外套管壁厚和玻璃纤维缠绕角为设计变量,单位长度组合管的材料成本为目标函数以及钢管的强度约束和玻璃钢的变形限制为约束条件的优化设计数学模型,采用复形法对本问题求得了最优解。作者还用所编的电算程序计算了各种管内径,各种内压及各种钢管强度等级所对应的设计变量最佳取值,从而讨论了管内径、内压及钢管强度等级变化对优化设计变量的影响,计算实例表明,在承受相同内压作用的情况下,组合管的材料成本较单纯钢管低,组合管的重量减轻尤为明显。主题词:组合圆筒管;内压;平面应变状态;优化设计;复形法。     

Failure analysis and prediction of pipes due to the interaction between multiphase flow and structure

Frequently found in piping, erosion failures may lead to the leakage of pipes and even damage the whole system. Erosion is a form of material degradation that involves electrochemical corrosion and mechanical wear processes encountered on the surface of metal pipes. Research on the erosion–corrosion mechanism indicates that the erosion mainly results from the interactions between the pipe surface and the fluid traveling along the surface. This paper studied multiphase flow induced erosion–corrosion in pipes, mainly focusing on the interactions between the multiphase flow and the structure. In order to evaluate the erosion effects caused by the flow and the coupled dynamics, the multiphase flow regimes, flow dynamics parameters and the distribution of phases on different positions of the boundary layer in REAC pipe inner surface were analyzed. The CFD simulation results proved that the location, rate and the extent of erosion failures on the pipe surfaces can be well predicted, as compared with actual instances. Practically, this method can be used in optimizing the design of the inner sleeves of pipes.     

基于多元增量动力分析（MIDA）方法的RC核心筒结构地震易损性分析

RC核心筒结构在水平双向地震荷载作用下,结构地震响应的耦合作用会严重削弱筒体的变形能力和延性性能,加剧筒体结构破坏程度。本文引入地震动入射角来模拟结构可能遭遇到的更为客观、实际的水平双向地震激励,基于传统IDA方法,采用拉丁超立方体网络抽样法考虑地震动强度及地震动入射角对结构的共同影响,提出了多元增量动力时程分析(MIDA)方法。基于MIDA方法,利用有限元分析软件Perform-3D对20层RC核心筒结构进行多元增量动力时程分析,获取了能反映结构抗震性能的MIDA曲线,并基于性能定义出结构的四个极限性态点,进而获得结构的地震易损性曲线,对结构的易损性能进行了分析和评估。     

The deformation mechanics of interlock tubes

Interlock tubes are one of the key structural layers of most flexible pipes of composite construction for offshore oil and gas transmission and water injection applications. The design and manufacture of such a tube based on a good understanding of its deformation mechanics are undoubtedly of significance to the integrity and safety of flexible pipes and pipe systems. This paper describes a semi-empirical model for the evaluation of the deformations in the critical sections of the interlock tube as it responds to the overall pipe loading and configuration. Results of a finite element analysis and radiographic tests are incorporated to verify and supplement the model.     

可液化场地中复杂异跨地铁地下车站结构的地震反应分析

地基液化是导致地铁地下车站结构在地震中发生严重破坏的重要威胁之一,然而目前对可液化场地中地铁地下车站结构地震反应的研究较少,尤其是针对大型复杂异跨地铁地下车站结构地震反应的研究更是少见。通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服土体网格大变形的畸变问题,建立了可液化场地土一复杂异跨地铁车站结构静动耦合非线性相互作用的有限元数值模型,分析了该相互作用体系的场地液化分布特征、异跨车站结构上浮特征、周围场地位移沉降及矢量特征、结构侧向变形和地震损伤破坏特征等,初步揭示了该相互作用体系的地震反应规律及液化地基中大型异跨地下结构的地震破坏特征,研究成果可为提高可液化场地中异跨地铁车站结构地震反应的认识及完善其抗震设计方法提供合理的参考。     

大型方形卧式真空罐的强度研究

本文针对大型方形卧式真空罐进行设计及强度分析,设计出罐内壁长15 m,宽5 m,高6.5m的大型方罐,方罐罐口和罐门的法兰采用方管直接焊接成法兰的新型形式,利用有限元方法分析所设计的真空罐的强度,得到真空罐受力后的变形和应力,结果表明设计合理可行.